库岸滑坡模式及致灾机理研究

孙晓伟 刘丽丽

摘 要：库岸滑坡作为山地灾害越发普遍地影响着水库的正常运行、调度。针对库岸滑坡的成灾机理、破坏模式和研究手段，通过查阅大量资料，研究了水对库岸滑坡的诱导机理、滑坡体的力学响应机制以及破坏特征，此外，还针对性地提出了一些研究目标，为后续研究提供了参考。

关键词：库岸滑坡 机理 模式 水

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（b）-0069-02

随着我国水电的深入发展，高坝大库将成为主流，同时由于气候环境的恶化，降雨激增，深入探讨库岸滑坡的破坏模型、形成机理等亟待解决的研究重点对大型水电工程运行安全、防灾减灾具有重大的意义。

1 水对库岸滑坡边坡成灾机理研究

1.1 降雨对库岸滑坡形成机理

降雨诱发滑坡的研究主要针对坡体渗流与坡面产流耦合问题、坡体内降雨入渗孔隙水压分布及稳定计算问题以及降雨参数与坡体稳定性联系问题，开展物理模型试验和数值模拟的研究，从而为风险控制提供指导性的依据。姜媛媛和荣冠基于渗流Richard方程推导了饱和-非饱和渗流场的计算方程，分别又从DDA和有限元强度折减的方法确定了边坡稳定计算的数值解法。童富国基于圣维南方程和达西定律推导了坡面径流和坡体渗流的耦合计算方法。殷坤龙的研究表明滑坡与降雨参数之间存在一个阈值。

1.2 库水位升降对库岸滑坡形成机理

针对库水升降对库岸边坡影响机制的研究主要集中在如下几个方面：库水作用下岩土体的力学响应演化特征、库水作用下边坡的渗流稳定计算以及放在减灾的工程措施。邓华锋从微观和宏观的角度探究了库水位升降作用下水岩耦合作用机制包括力学弱化、局部应力集中、物理化学弱化和干湿循环累积损伤。柳群义通过数值模拟研究了不同工况下的渗流场分布规律。

1.3 地下水对库岸滑坡形成机理

库岸边坡地下水的补给除了降雨和地下径流外，库水位的上升也是一种主要的补给方式，库水位上升地下水位也随着上升。库水和降雨与库岸边坡之间的作用很大一部分最终都可以视为地下水与库岸边坡的水岩耦合作用，即物理力学作用、化学反应作用和水力作用。物理力学作用主要表现在地下水富集地带能够使一些岩体软化，导致其强度降低，此外，富含亲水性矿物的岩土体在地下水的长期作用下会发生膨胀崩解，使其粘聚力大大降低，这些都将不利于库岸边坡的稳定。化学反应作用是指地下水与边坡岩土体之间发生化学反应，反应物或者生成不利于边坡的稳定，改作用包含了：溶蚀潜蚀、离子交换和氧化还原。水力作用一方面体现在地下水对岩体中节理裂隙表面产生静水压力作用导致裂纹不斷扩张、贯通从而破坏岩体的整体性，另一方面表现当地下水之间存在水头差时会发生渗透作用，可能造成渗透破坏，同时可能会产生不利于边坡稳定的力。

2 库岸滑坡分类及破坏力学机制

2.1 库岸滑坡主要类型

本文根据参考大量文献，基于我国大型水电站已经出现的库岸滑坡地质灾害，按照不同的分类方式归纳总结滑坡类型（如表1所示）。

2.2 库岸滑坡滑移力学机制

总结归纳我国库岸滑坡破坏模式，探索其破坏的力学机制是对其进行加固设计、施工的重要依托。本文总结如下几种常见的库岸滑坡滑移破坏力学特征：

（1）侵蚀解体破坏：库岸边坡长期在水的作用下，边坡前缘的坡体发生解体、崩塌，造成边坡下部后移而上部突出，影响上部边坡的稳定。

（2）蠕滑、拉裂、剪断破坏：平缓层坡体前缘部分在外界作用下向外发生的蠕变，长期作用下回带动后缘部分拉裂，而边坡的中间部分会形成一个较为稳定的锁固段，该部位的应力将随着时间推移而变大，直到被剪断，发生突然的脆性破坏。

（3）溃曲变形破坏：上部岩体破碎岩体向下移动过程中，受到下部或中下部坚硬岩体的阻挡，坚硬部分将上部破碎岩体“挑住”，当该挑住的力达到一定程度后，边坡发生突然性的失稳破坏。

（4）平推滑移破坏：较缓的岩层受到静水压力的作用将软弱层向外推动，发生失稳破坏。

（5）反倾向破坏模式：反倾向的层状结构在长期应力作用下逐渐向坡外弯曲最终发生倾倒破坏，导致边坡失稳。

（6）顺倾向滑移破坏：边坡上部向下滑移过程中，由于潜滑面倾角大于坡脚，会受到下部的阻挡，形成一个弯曲—隆起段阻挡继续滑移，随着应力的增加会将其剪断，最终造成边坡的失稳。

3 研究目标

现针对我国库岸滑坡研究的现状，提出如下几个研究重点：

（1）在物理模型试验的基础上，开展大型现场原位试验，更加深入地实地研究库岸滑坡的发生机制。同时，结合计算机人工智能和数值模拟，提出多场全耦合的更加符合现实的仿真途径。

（2）基于岩土体的固结流变理论、降雨水文预报和现场监控网等手段，实现库岸边坡长期的预警预报。此外，探究库岸边坡变形与水库运行的联系，在保证安全的基础上，实现水电站最优化的调度。

4 结语

库岸滑坡已经成为了威胁水库安全、影响水电站运行调度的主要问题之一。深入研究库岸滑坡孕育、演化、形成到消亡的机理、模式、计算方法、评估方法以及治理措施是有效防灾减灾的主要途径。

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